1、發(fā)酵工程與設(shè)備教案首頁教授時(shí)間 2013-2014-01學(xué)期 教案編寫時(shí)間 2013年8月 課程名稱發(fā)酵工程與設(shè)備課程代碼總學(xué)時(shí)：80學(xué)時(shí)講 課：48學(xué)時(shí)實(shí) 驗(yàn)：32學(xué)時(shí)實(shí) 習(xí)： 周學(xué)分3.5課程性質(zhì)必修課（） 選修課（ ） 理論課（） 實(shí)驗(yàn)課（）任課教師黃芳一職稱副教授授課對象11級生物工程、生物技術(shù)專業(yè)教材和主要參考資料教材：陶興無. 發(fā)酵工藝與設(shè)備. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.主要參考資料：1 余龍江發(fā)酵工程原理與技術(shù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20062 陳洪章，徐 建現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵原理及應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043 梅樂和，姚善涇，林東強(qiáng)生化生產(chǎn)工藝學(xué)北京：科學(xué)出版社，1999

2、4 岑沛霖，蔡 謹(jǐn)工業(yè)微生物學(xué)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20005 李阜棣，俞子牛，何紹江農(nóng)業(yè)微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，19966 W.F.Harrigan食品微生物實(shí)驗(yàn)手冊北京：中國輕工業(yè)出版社，20047 何國慶食品發(fā)酵與釀造工藝學(xué)北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，20028 黃方一，程愛芳發(fā)酵工程（第三版）武漢：華中師范大學(xué)出版社，20139 賀小賢生物工藝原理（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200810 邱立友發(fā)酵工程設(shè)備北京：科學(xué)出版社，200711 姚汝華微生物工程工藝原理廣州：華南理工大學(xué)出版社，199612 俞俊棠新編生物工藝學(xué)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200313 葉 勤發(fā)酵過程原理北

3、京：化學(xué)工業(yè)出版社，200514 梁世中生物工程設(shè)備北京：中國輕工業(yè)出版社，200215 高孔榮發(fā)酵設(shè)備北京：中國輕工業(yè)出版社，199116 葛向陽，田煥章，梁運(yùn)祥釀造學(xué)北京：高等教育出版社，200517 顧國賢釀造酒工藝學(xué)北京：中國輕工業(yè)出版社，199618 康明官，唐是雯啤酒釀造北京：中國輕工業(yè)出版社，199319 吳松剛微生物工程北京：科學(xué)出版社，200420 董勝利，徐開生釀造調(diào)味品生產(chǎn)技術(shù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200321 張水華，劉 耘調(diào)味品生產(chǎn)工藝學(xué)廣州：華南理工大學(xué)出版社，200022 張偉國，錢 和氨基酸生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用北京：中國輕工業(yè)出版社，199723 張克旭氨基酸發(fā)酵工藝

4、學(xué)北京：中國輕工業(yè)出版社，199224 吳根福發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)北京：高等教育出版社，200625 汪穗福微生物檢驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)北京：中國醫(yī)藥科技出版社，200626 劉振宇發(fā)酵工程技術(shù)與實(shí)踐上海：華東理工大學(xué)出版社，200627 邱立友發(fā)酵工程設(shè)備實(shí)驗(yàn)北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，200828 陳長華發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)北京：高等教育出版社，2009參考國家級精品課程網(wǎng)站：1 2 3 4 5 6 （華中科技大學(xué)，發(fā)酵工程）7 8 （華東理工大學(xué)，發(fā)酵工程）9 （南開大學(xué)，微生物發(fā)酵工程，宋存江）教學(xué)目的和教學(xué)要求學(xué)生在學(xué)過生物化學(xué)、微生物學(xué)、工程制圖、物理化學(xué)和化工原理等課程的基礎(chǔ)上，通過本課程的學(xué)習(xí)，了解和掌握

5、運(yùn)用微生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程的基本原理和方法，理解發(fā)酵過程的規(guī)律及不同發(fā)酵操作方式的特點(diǎn)和應(yīng)用，理解不同類型的生物反應(yīng)器工作原理，懂得如何應(yīng)用這些基本理論去分析和解決生產(chǎn)過程中的具體問題，改造原有生產(chǎn)過程使其更符合客觀規(guī)律，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：以生物化學(xué)和微生物學(xué)及工程學(xué)為基礎(chǔ)，熟悉發(fā)酵工業(yè)一般工藝過程及原理，理解發(fā)酵過程中微生物及生物化學(xué)變化過程，掌握發(fā)酵產(chǎn)品工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)。難點(diǎn)：發(fā)酵過程中菌種代謝調(diào)控原理及技術(shù)應(yīng)用；發(fā)酵過程中微生物及生物化學(xué)變化過程。教學(xué)進(jìn)程課次教授章節(jié)學(xué)時(shí)備注1第一章 緒論第一節(jié)發(fā)酵技術(shù)的起源（1學(xué)時(shí)）第二

6、節(jié)發(fā)酵工程內(nèi)容及特點(diǎn)（1學(xué)時(shí)）22第一章 緒論第三節(jié)發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域（1學(xué)時(shí)）第四節(jié)發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展趨勢（1學(xué)時(shí)）23第二章 菌種的選育及培養(yǎng)基設(shè)計(jì)第一節(jié)微生物的代謝及調(diào)控（1學(xué)時(shí)）第二節(jié)微生物代謝控制育種的措施（1學(xué)時(shí)）2講授+圖片4第三節(jié)生產(chǎn)菌種的選育方法（2學(xué)時(shí)）2講授+圖片5第四節(jié)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)及保藏（2學(xué)時(shí)）2舉例6第五節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）2舉例7第三章 滅菌與除菌工藝及設(shè)備第一節(jié)發(fā)酵有害微生物控制（2學(xué)時(shí)）2舉例8第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌（2學(xué)時(shí)）-12講授+圖片9第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌（1學(xué)時(shí)）-2第三節(jié)無菌空氣制備（1學(xué)時(shí)）-12講授+實(shí)例10第三節(jié)無菌空氣制備（1學(xué)時(shí)）-2第四節(jié)設(shè)

7、備管道的清洗與滅菌（1學(xué)時(shí)）2舉例11第四章厭氧發(fā)酵工藝及設(shè)備第一節(jié)厭氧發(fā)酵機(jī)制（2學(xué)時(shí)）2講授+圖片12第二節(jié)白酒與酒精發(fā)酵（2學(xué)時(shí)）-12講授+實(shí)例+圖片13第二節(jié)白酒與酒精發(fā)酵（2學(xué)時(shí)）-2214第三節(jié)啤酒發(fā)酵（2學(xué)時(shí)）-12講授+實(shí)例+圖片15第三節(jié)啤酒發(fā)酵（2學(xué)時(shí)）-22講授+實(shí)例+圖片16第五章好氧發(fā)酵工藝及設(shè)備第一節(jié)好氧發(fā)酵機(jī)制（2學(xué)時(shí)）-12講授+實(shí)例+圖片17第一節(jié)好氧發(fā)酵機(jī)制（2學(xué)時(shí)）-22講授+實(shí)例+圖片18第二節(jié)發(fā)酵過程的工藝控制（2學(xué)時(shí)）-12講授+實(shí)例+圖片19第二節(jié)發(fā)酵過程的工藝控制（2學(xué)時(shí)）-2220第三節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備（2學(xué)時(shí)）-1221第三節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備（2學(xué)

8、時(shí)）-22講授+圖片22第四節(jié)發(fā)酵染菌及防治（2學(xué)時(shí)）2講授+實(shí)例23第六章發(fā)酵動(dòng)力學(xué)第一節(jié)發(fā)酵過程定量描述（1學(xué)時(shí)）第二節(jié)分批發(fā)酵（1學(xué)時(shí)）-12講授+圖片24第二節(jié)分批發(fā)酵（1學(xué)時(shí)）-2第三節(jié)連續(xù)發(fā)酵（0.5學(xué)時(shí)）第四節(jié)補(bǔ)料分批發(fā)酵（0.5學(xué)時(shí)）2工廠視頻章節(jié)第二章 生產(chǎn)菌種的選育培養(yǎng)及發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì) （8學(xué)時(shí)）教學(xué)目的和要求了解微生物的代謝及調(diào)控機(jī)理，理解代謝調(diào)控在菌種選育中的重要性；了解菌種改良的原理和途徑，熟悉新菌種的分離和篩選過程；掌握菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的工藝流程和菌種的保存方法；理解發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)思路和優(yōu)化原則，掌握發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：新菌種的分離和篩選過程；菌種擴(kuò)

9、大培養(yǎng)的工藝流程和菌種的保存方法難點(diǎn)：微生物的代謝及調(diào)控；發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程（含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配、教學(xué)方法、幫助手段）菌種 設(shè)備性能決定發(fā)酵的三要素 發(fā)酵 營養(yǎng)條件提取工藝 工藝條件環(huán)境條件第一節(jié)微生物的代謝及調(diào)控（1學(xué)時(shí)）一、微生物的初級代謝與次級代謝 （一）初級代謝和初級代謝產(chǎn)物1. 定義（1）初級代謝（primary metabolism）書中：具有明確的生理功能，對維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)代謝過程。微生物產(chǎn)生的對自身生長和繁殖必須的物質(zhì)的代謝體系。百科：一般將微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級代謝。（2）

10、初級代謝產(chǎn)物（菌體對數(shù)生長期產(chǎn)生）初級代謝產(chǎn)物：微生物在代謝中，產(chǎn)生具有明確的生理功能，對維持生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)稱為初級代謝產(chǎn)物。如：氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和維生素等。（二）次級代謝和次級代謝產(chǎn)物1. 定義（1）次級代謝（secondary metabolism）書中/百科：微生物在一定的生長時(shí)期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動(dòng)無明確功能的物質(zhì)的過程。（2）次級代謝產(chǎn)物（一般是對數(shù)期后期或穩(wěn)定期）百科：微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，稱為次級代謝產(chǎn)物。如維生素、抗生素、色素、生物堿、生長激素和

11、毒素等。初級代謝與次級代謝產(chǎn)物比較（讓學(xué)生完成表格中內(nèi)容）代謝類型代謝特點(diǎn)產(chǎn)物產(chǎn)生時(shí)期產(chǎn)物類型初級代謝明確生理功能，不可缺對數(shù)期氨基酸、核苷酸、糖類、脂肪酸等次級代謝無明確功能，非必需對數(shù)期后期或穩(wěn)定期維生素、抗生素、色素、生物堿、生長激素和毒素等二、微生物代謝的調(diào)節(jié)及控制 （一）微生物代謝的自我調(diào)節(jié)機(jī)制1. 酶合成（酶量）的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)與阻遏誘導(dǎo)（induction）：凡是能促進(jìn)酶合成的現(xiàn)象。誘導(dǎo)酶依賴誘導(dǎo)物的存在。阻遏（repression）：指酶生物合成被阻止的現(xiàn)象。（1）末端代謝產(chǎn)物反饋?zhàn)瓒簦河捎诮K產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成阻遏的現(xiàn)象。常常發(fā)生在氨基酸，嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)

12、構(gòu)元件生物合成中。（2）分解代謝產(chǎn)物阻遏：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)同時(shí)存在兩種可利用底物（C或N）時(shí)，利用快的底物會(huì)阻遏與利用慢的底物有關(guān)的酶合成。葡萄糖效應(yīng)：大腸桿菌利用混合碳源生長時(shí)，發(fā)現(xiàn)葡萄糖會(huì)抑制其它糖的利用。二次生長現(xiàn)象：大腸桿菌在含乳糖和葡萄糖的培養(yǎng)基中，優(yōu)先利用葡萄糖，并只有當(dāng)葡萄糖耗盡后才開始利用乳糖，這就形成了在兩個(gè)對數(shù)期中間的第二生長停滯期。2. 酶活性的調(diào)節(jié)激活與抑制激活（enzyme activator）：在分解代謝途徑中，催化后面反應(yīng)的酶的活性可被前面反應(yīng)的中間產(chǎn)物所促進(jìn)。抑制（enzyme inhibitor）：某一代謝途徑的末端終產(chǎn)物過量產(chǎn)生后，它會(huì)直接作用于該途徑中第一個(gè)酶，使

13、其活性受到抑制，從而促使整條途徑的反應(yīng)速度減慢或停止，避免末端產(chǎn)物的過多積累。反饋抑制的優(yōu)點(diǎn)：作用直接、效果快速，當(dāng)末端終產(chǎn)物降低時(shí)又可重新解除。變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)酶（allosteric enzyme）酶活性調(diào)節(jié)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)調(diào)節(jié)酶（covalent regulatory enzyme）（二）微生物代謝的人工調(diào)控代謝控制發(fā)酵代謝控制發(fā)酵（metabolic control fermentation）：是指利用生物化學(xué)和遺傳學(xué)的原理，利用生物工程手段控制微生物的代謝朝人們希望的方向進(jìn)行，更多地產(chǎn)生和積累人們需要的目的產(chǎn)物?？刂朴N（內(nèi)因）：通過遺傳變異改變正常代謝途徑和方向?？刂品椒刂瓢l(fā)酵條件（外因

14、）：供氧、營養(yǎng)類型和濃度、pH、表面活性劑等。第二節(jié)微生物代謝控制育種的措施（1學(xué)時(shí)）一、營養(yǎng)缺陷型突變株 營養(yǎng)缺陷型（auxotrophic mutant）：野生型菌株經(jīng)過人工誘變或者自然突變失去合成某種營養(yǎng)（氨基酸，維生素，核酸等）的能力，只有在基本培養(yǎng)基中補(bǔ)充所缺乏的營養(yǎng)因子才能生長，稱為營養(yǎng)缺陷型。篩選缺陷型菌株：誘發(fā)突變淘汰野生型菌株檢出缺陷型鑒別缺陷種類。（一）解除反饋調(diào)節(jié)的營養(yǎng)缺陷型突變菌株精氨酸缺陷型突變株：谷氨酸棒桿菌鳥氨酸（氨基酸甲酰轉(zhuǎn)移酶缺陷）（二）控制細(xì)胞膜通透性的營養(yǎng)缺陷型突變菌株生物素缺陷型（biotin auxotroph）：使細(xì)胞中的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的合

15、成受阻，影響磷脂合成，達(dá)到細(xì)胞膜缺損。滲漏性缺陷型（leaky mutant）：特殊的營養(yǎng)缺陷型，其缺陷的酶活性下降而非完全喪失。二、代謝終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株機(jī)制：結(jié)構(gòu)類似物由于在分子結(jié)構(gòu)上與分解代謝的末端產(chǎn)物相似，能與阻遏蛋白相結(jié)合，如調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變而使阻遏蛋白不能與結(jié)構(gòu)類似物結(jié)合，即出現(xiàn)抗性菌株，也不能與正常的分解代謝產(chǎn)物相結(jié)合，導(dǎo)致相應(yīng)酶類的過量生產(chǎn)。三、其他類型突變株 組成型突變株（constitutive mutation）：指操縱基因或調(diào)節(jié)基因突變引起酶合成誘導(dǎo)機(jī)制失靈的突變株。（即在沒有誘導(dǎo)物的情況下就能正常合成誘導(dǎo)酶）溫度敏感突變株（temperature sensi

16、tive mutation）：是指正常微生物經(jīng)誘變后，只能在低溫下正常生長，而在高溫下卻不能生長繁殖的變株。第三節(jié)生產(chǎn)菌種的選育方法（2學(xué)時(shí)）一、發(fā)酵工業(yè)中的常用微生物 （1）細(xì)菌（圖片展示）；（2）放線菌（圖片展示）（3）酵母菌（圖片展示）；（4）霉菌（圖片展示）；（5）其它二、新菌種的分離與篩選 向保藏機(jī)構(gòu)購買 發(fā)酵工業(yè)菌種獲得的途徑 從自然界分離篩選 從生產(chǎn)水平高的批次中分離篩選（一）自然界分離篩選菌種的步驟樣品采集預(yù)處理富集培養(yǎng)初篩復(fù)篩發(fā)酵性能鑒定菌種保藏1. 樣品采集（1）原則：樣品來源越廣泛，獲得新菌種的可能性越大。（2）方法：土壤的有機(jī)質(zhì)含量和通風(fēng)狀況（525cm深度）；土壤的p

17、H和植被狀況；地理?xiàng)l件；季節(jié)條件。2. 樣品的預(yù)處理（1）物理方法：熱處理；膜過濾；離心法。（2）化學(xué)方法：幾丁質(zhì)分離放線菌；CaCO3穩(wěn)定pH分離嗜堿性的放線菌。（3）誘餌法：石蠟；花粉；蛇皮；毛發(fā)等。3. 富集培養(yǎng)（1）控制培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分；（2）控制培養(yǎng)條件。4. 菌種分離（1）平板劃線分離法（重點(diǎn)?。唬?）稀釋分離法（重點(diǎn)?。?；（3）涂布分離法；（4）毛細(xì)管分離法；（5）小滴分離法 菌種初篩和復(fù)篩（1）初篩（定性粗放）：平板篩選（幾十甚至幾百個(gè)）（2）復(fù)篩（定量精確）：搖瓶篩選（23株）三、菌種的改良及工程菌構(gòu)建 菌種的改良：采用各種手段（物理、化學(xué)、工程學(xué)、生物學(xué)方法）處理目的微生

18、物菌種，使其遺傳基因發(fā)生變化，使生物合成的代謝途徑朝人們所希望的方向加以引導(dǎo)，使某些代謝產(chǎn)物產(chǎn)量積累，從而獲得生產(chǎn)上所需要的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的變異菌種。（一）改良的目標(biāo)（1）提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量；（2）提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度，減少副產(chǎn)物；（3）改良菌種性狀，改善發(fā)酵過程；（4）改變生物合成途徑，獲得高產(chǎn)新產(chǎn)品。（二） 改良的方法1. 常規(guī)育種：誘變+篩選2. 其他育種方法：細(xì)胞工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程、代謝工程育種等。（1）雜交育種（cross-breeding）：指將兩個(gè)基因型不同的菌株經(jīng)結(jié)合（兩個(gè)性別不同的微生物之間接觸，遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移、交換、重組，形成新個(gè)體）后使遺傳物質(zhì)重新組合，從中分離篩選

19、出具有新性狀菌株的一種育種技術(shù)。（2）原生質(zhì)體融合（protoplast）：指用水解酶除去遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的最大障礙細(xì)胞壁，制成由原生質(zhì)膜包被的裸細(xì)胞，然后用物理、化學(xué)或生物學(xué)方法，誘導(dǎo)遺傳特性不同的兩個(gè)親本原生質(zhì)體融合，經(jīng)過染色體交換、重組而達(dá)到雜交的目的，經(jīng)篩選獲得集雙親優(yōu)良性狀于一體的穩(wěn)定融合子。（3）基因工程育種（genetic engineering breeding）是一種全新的育種技術(shù)。工程菌（engineering bacteria）是采用基因工程技術(shù)將多種微生物的基因從細(xì)胞中取出，然后組裝到一個(gè)細(xì)胞中，使這個(gè)菌株具有多功能、高效和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的新型微生物。四、菌種的鑒定（一）鑒

20、定工作的內(nèi)容（1）測定一系列必要的鑒定指標(biāo)；（2）查找權(quán)威鑒定手冊，確定菌種類型（二）鑒定方法（1）經(jīng)典的分類鑒定方法：形態(tài)學(xué)特征；生理生化特征；血清學(xué)試驗(yàn)與噬菌體分型；氨基酸順序和蛋白質(zhì)分析（2）現(xiàn)代分類鑒定方法：微生物遺傳型；細(xì)胞化學(xué)成分；數(shù)值分類法第四節(jié)菌種的保藏及擴(kuò)大培養(yǎng)（2學(xué)時(shí)）一、菌種的保藏菌種保藏（culture preservation）：指在廣泛收集實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)菌種、菌株的基礎(chǔ)上，將菌種妥善保存，使之達(dá)到不死、不衰、不污染，以便于研究、交換和使用的目的。保存程序：挑選典型菌種的優(yōu)良純種（最好采用休眠體）創(chuàng)造適合長期休眠的環(huán)境條件（低溫、干燥、無氧、缺乏營養(yǎng)等）保藏方法保藏原理

21、適用菌種保藏期優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)斜面低溫低溫霉菌,放線菌,酵母菌,細(xì)菌均可霉,放線菌及芽孢菌4-6月;酵母3月;無芽孢菌約1月簡便有效，適合非長期保藏的菌種保期短,傳代頻繁,易變異礦油保藏低溫、缺氧同上霉,放線菌,芽孢菌2年以上,酵母1-2年,無芽孢細(xì)菌約1年簡單,不需特殊設(shè)備,且不需經(jīng)常移種直立保存,不便攜帶沙土保藏低溫、缺氧、缺營養(yǎng)產(chǎn)孢霉菌、放線菌以及芽孢細(xì)菌2-5年簡單易行工作量大冷凍真空干燥低溫(-20下)、干燥、缺氧除少數(shù)不產(chǎn)孢子只產(chǎn)菌絲體的絲狀真菌外均可5-10年保藏期長,成活率高需特定設(shè)備,操作繁瑣液氮超低溫超低溫(-150 -196)各類微生物10年以上保存時(shí)間長需特殊設(shè)備,操作復(fù)雜二、

22、菌種的衰退和復(fù)壯 （一）菌種衰退1. 菌種衰退（degeneration）：又稱菌種退化，是指在生產(chǎn)菌種或篩選出來的較優(yōu)良菌株，由于進(jìn)行接種傳代或保藏之后，群體某些形態(tài)特征及生理特征逐漸減退甚至完全喪失的現(xiàn)象。2. 菌種退化的主要表現(xiàn)：目的代謝產(chǎn)物合成能力下降；產(chǎn)量下降；糖化力或發(fā)酵力下降。3. 導(dǎo)致菌種退化的原因：基因突變（退化的根本原因）自發(fā)突變頻率：108105；誘變突變頻率：106103連續(xù)傳代（加速退化的直接原因）4. 防止衰退的措施：盡量減少傳代次數(shù)；選擇合適的培養(yǎng)條件；利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行傳代；選擇合適的保藏方法；幼齡菌培養(yǎng)對于誘變菌種的退化：高效誘變劑/純化（二）菌種的提純與

23、復(fù)壯1. 提純純度操作方法適用情況菌落純稀釋平板法、劃線法、表面皿法退化不嚴(yán)重菌株純（細(xì)胞純）單細(xì)胞分離法（或二者結(jié)合）退化不嚴(yán)重2. 通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯主要針對寄生性微生物菌株的退化，如蘇云金桿菌、白僵菌、多角體病毒等。3. 改變培養(yǎng)條件，淘汰已衰退的個(gè)體舉例：細(xì)黃鏈霉菌的分生孢子，采用3010處理57d，死亡率達(dá)80%，再挑存活菌株。三、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)目的：提供相當(dāng)數(shù)量的代謝旺盛的種子。任務(wù)：不但得到純而壯的，而且獲得活力旺盛的接種數(shù)量足夠的培養(yǎng)物。（一）實(shí)驗(yàn)室種子制備1. 孢子制備菌型營養(yǎng)特點(diǎn)培養(yǎng)溫度培養(yǎng)周期細(xì)菌C源限量而N源豐富37菌體1-2d，產(chǎn)芽孢510d霉菌大小玉米、麩皮等天然農(nóng)

24、產(chǎn)品2528414d放線菌瓊脂斜面（麩皮、浸汁、蛋白胨）28514d2. 液體種子制備搖瓶液體培養(yǎng)法：孢子或菌體液體培養(yǎng)基搖瓶恒溫培養(yǎng)搖瓶菌(絲)體（二）生產(chǎn)車間種子制備（1）培養(yǎng)基(原料質(zhì)量與組分)（2）培養(yǎng)條件（溫度、濕度、pH等）T過高菌絲過早自溶過低生長繁殖緩慢，延長發(fā)酵周期pH適當(dāng)獲得最大比生長速率和適當(dāng)?shù)木緿O通氣保證有適宜的溶氧，滿足正常代謝攪拌過度易產(chǎn)泡；酶氧化；增加染菌和能耗H2O干孢子生長快濕孢子生長慢（3）接種量和菌齡 過老：菌絲多但老化，進(jìn)罐后易自溶，產(chǎn)量 過嫩：延遲期延長，菌絲量，發(fā)酵異常 過多：生長過快，黏度，DO，易衰老后勁不足，合成產(chǎn)物量 過少：延長發(fā)酵周期，

25、異常形態(tài)，易染菌（4）泡沫（通氣攪拌） 與生長和酶的合成有關(guān) 產(chǎn)泡原因（5）染菌控制設(shè)備、管道、閥門漏損；滅菌不徹底；空氣不凈；無菌操作不嚴(yán)；菌種不純。（6）種子罐級數(shù) 一級種子：孢子或菌絲小種罐 培養(yǎng)一級種子二級種子：一級種較大種罐培養(yǎng)二級種子三級種子 ：二級種大種罐培養(yǎng)三級種子少：簡化工藝及控制；染菌機(jī)率；發(fā)酵波動(dòng)；消毒等工作量少多：變異機(jī)率；工藝控制復(fù)雜；工作量大第五節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）一、培養(yǎng)基的類型 依據(jù)類型特 點(diǎn)按營養(yǎng)物質(zhì)的來源天然異養(yǎng)生長，營養(yǎng)豐富，價(jià)廉；組分含量不定合成定量工作研究用，生長慢，營養(yǎng)成分簡單半合成大多數(shù)微生物均能生長、繁殖按培養(yǎng)基形態(tài)液體培養(yǎng)種子和發(fā)酵時(shí)用

26、固體用于孢子培養(yǎng)，菌種分離、保藏、觀察、計(jì)數(shù)、鑒定等半固體液瓊脂，菌種分離及鑒定，微好氧細(xì)菌的培養(yǎng)或運(yùn)動(dòng)能力確定按生產(chǎn)用途斜面供保藏菌種或產(chǎn)孢子用，C、N（尤其有機(jī)氮）濃度要適合種子供搖瓶種子或生產(chǎn)用，半合成為主，營養(yǎng)豐富、完整發(fā)酵供菌體生長繁殖和最大限度地獲得目的產(chǎn)物用的按培養(yǎng)基功能選擇不妨礙目的M生長，而抑制非目的M生長鑒別加營養(yǎng)物或化合物，將對象M與其他M區(qū)別二、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 培養(yǎng)基：是人工配制的供微生物或動(dòng)植物細(xì)胞生長、繁殖、代謝和合成人們所需產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)和原料。培養(yǎng)基的基本要素：碳源、氮源、無機(jī)鹽和微量元素、水、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)。成分功能來源碳源為細(xì)胞提供能源及組成菌體細(xì)胞成分的骨

27、架；提供菌體合成目的產(chǎn)物的原料，構(gòu)成代謝產(chǎn)物糖類、脂類、有機(jī)酸、低碳糖、石油、天然氣、CO2等氮源組成菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)；合成含氮代謝產(chǎn)物；提供微生物能量有機(jī)N：豆/棉子餅、麩皮、玉米漿、酵母、酒糟等無機(jī)N：氨水、銨鹽、硝酸鹽等無機(jī)鹽和微量元素構(gòu)成菌體成分；作酶的組成或激活劑；調(diào)滲透壓、pH、電位等P、Mg、S、Fe、Na、Cl、Zn、Co、Mn等鹽及微量元素水良好溶劑，熱導(dǎo)好；運(yùn)輸介質(zhì)；維持cell形態(tài)；水合、脫水作用天然水、蒸餾水、自來水、純凈水等生長因子構(gòu)成輔酶組分；促進(jìn)生命活動(dòng)進(jìn)行維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶、固醇、胺類、C2-6直鏈或分支脂肪酸等三、發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 （一）發(fā)酵培養(yǎng)

28、基的設(shè)計(jì)原理（1）菌體的同化能力（2）培養(yǎng)基對菌體代謝的阻遏與誘導(dǎo)的影響（3）C : N 對菌體代謝調(diào)節(jié)的重要性（4）pH對不同菌體代謝的影響（二）發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化方法（1）根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)以及在培養(yǎng)基成分確定時(shí)必須考慮的一些問題，初步確定可能的培養(yǎng)基組分；（2）通過單因子優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定最為適宜的各個(gè)培養(yǎng)基組分及其最適濃度；（3）最后通過多因子實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)基的各種成分及其最適濃度。由于培養(yǎng)基成分很多，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)常采用一些合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 選講：生產(chǎn)實(shí)例谷氨酸菌種培養(yǎng)一、谷氨酸生產(chǎn)菌的特征 劃分角度類型特點(diǎn)根據(jù)誘變出發(fā)菌株天津短桿菌T6-13誘變株FM8029、FM-415、CMTC

29、6282等鈍齒棒桿菌AS1.542誘變株B9、B9-17-36、F-263等北京棒桿菌AS1.299誘變株7338、D110、WTH-1等根據(jù)噬菌體感染類型北京棒桿菌AS1.299同一類群的菌株會(huì)發(fā)生噬菌體交叉感染，但兩類群間不發(fā)生，生產(chǎn)中可換類群鈍齒棒桿菌AS1.542根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)生物素亞適量型菌體量少，通風(fēng)量小，產(chǎn)熱少，液質(zhì)量好，產(chǎn)酸率高，糖蜜、玉米漿少，等電點(diǎn)提取，提取率高 高生物素及表面活性劑型適時(shí)加青霉素及表面活性劑，菌體量多，通風(fēng)量大，發(fā)酵熱多，需低溫冷卻，糖蜜原料，色深，不利提取溫度敏感型適時(shí)提高溫度，發(fā)酵時(shí)菌體量多，通風(fēng)量大，發(fā)酵熱大，需低溫冷卻，糖蜜和玉米漿多，發(fā)酵液質(zhì)量

30、差二、生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 種子培養(yǎng)基培養(yǎng)條件要求斜面葡萄糖0.1%, 蛋白胨1%,牛肉膏1%, NaCl 0.5%, 瓊脂2%, pH77.27338,B9:3032,T6-13,S9114:3334, 18-24h菌苔顏色和邊緣等特征,無感染雜菌和噬菌體,4保藏一級種葡萄糖2.5%, 尿素0.5%, 硫酸鎂0.04%, 磷酸氫二鉀0.1%, 玉米漿2.53.5%, 硫酸亞鐵,硫酸錳各2ppm, pH7.0液體200mL/1L三角瓶, 沖程7.6cm, 96次/min, 12h, 溫度同上種齡12h, pH6.4±0.1, OD0.5, 殘?zhí)?.5%, 無菌, 無噬菌體, 粗壯, G

31、+二級種水解糖2.5%, 玉米漿2.53.5%, 磷酸氫二鉀0.10.2%, 硫酸鎂0.040.05%, 尿素0.40.5%, 硫酸亞鐵, 硫酸錳各2ppm, pH6.57.0接種量0.51%, 32, 78h, 通風(fēng)1:0.20.5, 180340r/min種齡78h, pH6.87.2, OD0.5, 無菌, 無噬菌體, 生長均勻, 粗壯, 整齊, G+三、發(fā)酵培養(yǎng)基的組成（一）碳源功能：構(gòu)成菌體和合成谷氨酸的碳架及能量的來源；谷氨酸生產(chǎn)菌只能用糖類、脂肪、某些醇類和烴類等。1. 淀粉水解糖質(zhì)量：雙酶法酸酶法酶酸法酸法2. 培養(yǎng)基的初糖濃度一次高糖發(fā)酵工藝：初糖170190g/L，產(chǎn)酸可達(dá)

32、80110g/L中濃度初糖中間流加糖（500600g/L）工藝：初糖120160g/L，產(chǎn)酸可達(dá)80110g/L（二）氮源功能：合成菌體蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)和合成谷氨酸氨基的來源。1. 碳氮比一般發(fā)酵工業(yè)碳氮比100:(0.22.0)；谷氨酸發(fā)酵的碳氮比100:(2030)；碳氮比100:11以上時(shí)才開始積累谷氨酸，用于合成菌體的氮占總氮的38%，而3080%用于合成谷氨酸。采用尿素或液氨作氮源時(shí)，一部分用于調(diào)節(jié)pH，一部分分解逸出。一噸谷氨酸耗用液氨量為260300kg。2. 無機(jī)氮和有機(jī)氮 生理酸性：硫酸銨、氯化銨、硝酸銨無機(jī)氮氮源 生理堿性：氨水、碳酸氫銨、硝酸鉀有機(jī)氮：玉米漿、麩皮水

33、解液、米糠水解液、豆餅水解液和糖蜜等（三）無機(jī)鹽和金屬離子功能：構(gòu)成菌體成分；作為酶的組成部分；酶的激活劑或抑制劑；調(diào)節(jié)滲透壓；調(diào)節(jié)pH和氧化還原電位等。種類功能濃度磷酸鹽蛋白質(zhì)和核酸的組分；緩沖作用；0.0050.01mol/L硫酸鎂細(xì)菌合成葉綠素的成分；酶的激活劑；構(gòu)成蛋白質(zhì)和酶的活性基最低量25ppm鉀 鹽酶的激活劑長菌0.01%；合成谷氨酸0.02% 0.1%金屬離子Mn2+ 、Fe2+2mg/L左右（四）生物素（生長因子）B族維生素，又叫維生素H或輔酶R，結(jié)構(gòu)為生物素的作用主要是影響谷氨酸通透性，同時(shí)也影響菌體的代謝途徑。機(jī)理：參與脂肪酸的合成，催化脂肪酸合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶（己酸輔酶A羧化酶）的輔酶，進(jìn)而影響磷脂的合成。生物素濃度：以前亞適量為5g/L左右，現(xiàn)在的亞適量區(qū)域較廣，上限可達(dá)1012g/L。【本章小結(jié)】節(jié)主要內(nèi)容知識點(diǎn)第一節(jié)微生物的代謝、調(diào)控初（次）級代謝；激活；抑制第二節(jié)代謝控制育種營養(yǎng)缺陷型；抗性突變株；組成型、溫度敏感型突變株第三節(jié)菌種的選育方法自然分離篩選；誘變育種；菌種鑒定（補(bǔ)）第四節(jié)擴(kuò)大培養(yǎng)及保藏培養(yǎng)類型；擴(kuò)大流程；影響質(zhì)量因素第五節(jié)培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)類型；組成及功能；設(shè)計(jì)原則；優(yōu)化方法選講谷氨酸菌種特征；種子培養(yǎng)基；發(fā)酵培養(yǎng)基本章重在使學(xué)生了解微生物的代謝及調(diào)控機(jī)理，理解代謝調(diào)